WO2024002837A1 - Anlage und verfahren zur herstellung von ammoniak - Google Patents

Anlage und verfahren zur herstellung von ammoniak Download PDF

Info

Publication number
WO2024002837A1
WO2024002837A1 PCT/EP2023/066869 EP2023066869W WO2024002837A1 WO 2024002837 A1 WO2024002837 A1 WO 2024002837A1 EP 2023066869 W EP2023066869 W EP 2023066869W WO 2024002837 A1 WO2024002837 A1 WO 2024002837A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
ammonia
hydrogen
gas
synthesis gas
plant
Prior art date
Application number
PCT/EP2023/066869
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Suhel Ahmad
Peter Adam
Lukas BIYIKLI
Original Assignee
Siemens Energy Global GmbH & Co. KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens Energy Global GmbH & Co. KG filed Critical Siemens Energy Global GmbH & Co. KG
Publication of WO2024002837A1 publication Critical patent/WO2024002837A1/de

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01C—AMMONIA; CYANOGEN; COMPOUNDS THEREOF
    • C01C1/00—Ammonia; Compounds thereof
    • C01C1/02—Preparation, purification or separation of ammonia
    • C01C1/04—Preparation of ammonia by synthesis in the gas phase
    • C01C1/0405—Preparation of ammonia by synthesis in the gas phase from N2 and H2 in presence of a catalyst
    • C01C1/0488—Processes integrated with preparations of other compounds, e.g. methanol, urea or with processes for power generation
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01C—AMMONIA; CYANOGEN; COMPOUNDS THEREOF
    • C01C1/00—Ammonia; Compounds thereof
    • C01C1/02—Preparation, purification or separation of ammonia
    • C01C1/04—Preparation of ammonia by synthesis in the gas phase
    • C01C1/0405—Preparation of ammonia by synthesis in the gas phase from N2 and H2 in presence of a catalyst
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B1/00—Electrolytic production of inorganic compounds or non-metals
    • C25B1/01—Products
    • C25B1/02—Hydrogen or oxygen
    • C25B1/04—Hydrogen or oxygen by electrolysis of water
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B15/00—Operating or servicing cells
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B15/00—Operating or servicing cells
    • C25B15/08—Supplying or removing reactants or electrolytes; Regeneration of electrolytes
    • C25B15/081—Supplying products to non-electrochemical reactors that are combined with the electrochemical cell, e.g. Sabatier reactor

Definitions

  • the invention relates to a system and a method for producing ammonia, wherein ammonia (NH3) is produced from a synthesis gas in an ammonia reactor, the synthesis gas comprising hydrogen (H 2 ) and nitrogen (N 2 ).
  • ammonia is based on a well-known process that usually requires a lot of energy. According to initial estimates, around 1% of the energy generated worldwide is currently required to produce ammonia.
  • Green ammonia is seen as a rapidly growing energy source for hydrogen. In addition, it is used in many industrial processes, especially fertilizers. It is estimated that approx. 50% of the green hydrogen produced in the next few years will be processed directly into liquid ammonia for long-distance hydrogen transport, as liquefying pure hydrogen is very energy intensive.
  • synthesis gas compression which compresses the nitrogen-hydrogen mixture to the pressure of 150-200 bar required for the synthesis process
  • cold box which contains the cold energy for the liquefaction and cooling of the ammonia to approx. -33°C at atmospheric pressure.
  • a preheating unit is required to heat the synthesis gas to the reaction temperature.
  • the nitrogen and hydrogen required for ammonia production are usually compressed to the required synthesis pressure in a synthesis gas compressor.
  • the suction pressure for this compressor is usually determined by the hydrogen pressure, which in green ammonia applications where electrolysis is operated on site is limited to the maximum outlet pressure of an electrolysis system (max. 30-40 bar).
  • the shaft power for the compressor is supplied by a steam turbine, while the steam required is generated by the heat released during ammonia synthesis.
  • the preheating of the synthesis gas must be done either by a fuel- or electricity-fired heater or by using waste heat from the ammonia process, which reduces the amount of steam that can be generated for the steam turbine.
  • Ammonia is produced in large quantities worldwide as an agricultural fertilizer, but natural gas or other fossil fuels are used to provide both the hydrogen feedstock and the energy for the synthesis process. As a result, ammonia production using these methods accounts for almost 1.5% of global C0 2 emissions.
  • new zero-carbon fuels such as green ammonia and green hydrogen are needed to decarbonise energy production, heat, transport and industry.
  • synthesis gas compression which compresses the nitrogen-hydrogen mixture to the pressure of 150-200 bar required for the synthesis process
  • cold box which reduces the cold energy for liquefying and cooling the ammonia to approx. -33 °C at atmospheric pressure.
  • the hydrogen gas (H 2 ) is obtained from methane steam reforming (SMR), the most widely used method for producing hydrogen, and the nitrogen gas (N 2 ) is obtained either from air or from an air separation plant.
  • SMR methane steam reforming
  • N 2 nitrogen gas
  • N 2 and H 2 are mixed stoichiometrically (1:3) and compressed with a syngas compressor and fed into an ammonia synthesis reactor at a pressure of 150 to 220 bar.
  • the ammonia synthesis gas reactor works at an operating temperature of approx. 500°C. The process is exothermic, the large amount of heat of 46 kJ/mol ammonia is released and used to generate steam. After the reaction, approx. 25% ammonia is obtained as a product, the rest is returned via a compressor circuit. The ammonia produced is then liquefied through cryogenic distillation.
  • the invention has set itself the task of providing an improved system and an improved process for the production of ammonia, particularly with regard to the use of the energy required for the production of the ammonia. This task is solved by a system according to claim 1 and a method according to claim 11.
  • the invention proposes an innovative concept for an environmentally friendly ammonia plant by integrating an electrolizer with renewable energy.
  • pressurized 0 2 to convert it into electricity increases overall efficiency and supports the operation of the plant with intermittent renewable energy.
  • Figure 1 is a schematic representation of a system
  • the Electrolizer absorbs electrical energy from renewable energies, such as wind power or photovoltaics, and produces H2 and O2 (approx. 8 times more than H2 by mass). These gases are generated under pressure (1 - 30 bar). Normally O2 is not used but is derived.
  • the pressurized O2 is heated with the exhaust gas from a gas turbine in a waste heat boiler and then expanded in a hot gas expander to generate mechanical or electrical energy.
  • This energy can be used in some utility or auxiliary facilities.
  • the ammonia process requires N 2 and H 2 as starting materials, which are mixed stoichiometrically in a ratio of 1:3.
  • the N 2 is supplied from an air separation plant or from the air, while the H 2 comes mainly from methane steam reforming.
  • the N 2 is separated from the exhaust gas of a hydrogen-operated gas turbine (using an absorber/PSA unit), so that no air separation plant is required.
  • the water vapor from the gas turbine exhaust is condensed and is used as water feedstock for the electroli- ze system available (up to 15% of the required water use).
  • the separated N 2 from the GT exhaust gas is mixed stoichiometrically with H 2 from the electrolysis system to produce the required ammonia synthesis-synthesis gas mixture.
  • the synthesis gas mixture (molecular weight 8 g/mol) is then compressed to pipeline pressure and transported to the location of the ammonia plant with the ammonia reactor 2.
  • This syngas transport requires less energy than pure H2 transport and enables safe pipeline operation compared to lean H2 transport.
  • a hydrogen and oxygen buffer is integrated to provide reduced hydrogen for the ammonia plant and GT fuel, as well as oxygen for the expander for times when renewable energy is not available.
  • the capacity of the buffer depends on the length of time without sustainable power supply and the minimum capacity of ammonia synthesis.
  • a synthesis gas is fed into the ammonia reactor 2.
  • the synthesis gas includes hydrogen (H 2 ) and nitrogen (N 2 ).
  • the hydrogen (H 2 ) and nitrogen (N 2 ) react in the ammonia reactor 2 according to the chemical reaction
  • This chemical reaction is a strongly exothermic reaction, ie the ammonia NH 3 formed in the ammonia reactor has a comparatively high temperature, and this high temperature is used according to the invention to preheat the nitrogen N 2 .
  • the system 1 includes an electrolizer 3, which is fed with water 4 and uses renewable energies 5 to separate water into hydrogen and oxygen.
  • the oxygen is supplied to a first buffer storage 6.
  • the hydrogen is partly made available as fuel for a gas turbine 7.
  • the line of hydrogen as fuel for the gas turbine 7 is symbolically identified by the reference number 8.
  • air 9 is also required, with ambient air generally being used.
  • the hot exhaust gas 10 from the gas turbine 7 is fed to a heat exchanger 11.
  • the oxygen located in the buffer storage 6 is supplied, the temperature of the oxygen being heated by the hot exhaust gas 10 from the gas turbine 7.
  • the heated oxygen is fed to an expander 13 via a line 12.
  • the thermal energy of the oxygen is converted into mechanical energy.
  • the mechanical energy is used to drive an electrical generator 14.
  • the exhaust gas from the expander 13 is then fed to further components: second expander 15, heat exchanger 16.
  • Another part of the hydrogen from the electrolizer 3 is fed to a further buffer storage 17, this buffer storage 17 serving to provide energy when the energy from renewable energies is not available.
  • the exhaust gas 10 from the gas turbine 7 cooled after the heat exchanger 11 is fed to a further heat exchanger 19 and then led into a separation unit 20.
  • the separation unit 20 the exhaust gas is separated into water 21 and nitrogen 22.
  • the water 21 is fed to the electrolizer.
  • Another part of the hydrogen from the electrolizer 3 is fed to a synthesis gas compressor 18.
  • the nitrogen 22 from the separation unit 20 is also supplied to the synthesis gas compressor 18.
  • the resulting synthesis gas is compressed in the synthesis gas compressor 18 and transported to the ammonia reactor 2 (sometimes over a relatively large distance) in a line 24.
  • the compressor 23 required for ammonia production is driven via the gas turbine 7.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Catalysts (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anlage und ein Verfahren zur Herstellung von Ammoniak, umfassend einen Ammoniak-Reaktor (2), der ausgebildet ist zur Erzeugung von Ammoniak (NH3) aus einem Synthesegas, wobei das Synthesegas Wasserstoff (H2) und Stickstoff (N2) umfasst, ferner umfassend einen Electrolizer (3), der zum Erzeugen von Wasserstoff und Sauerstoff aus Wasser ausgebildet ist, wobei der Electrolizer (3) mit erneuerbaren Energien betrieben wird, ferner umfassend eine mit Wasserstoff betriebene Gasturbine (7), wobei das Stickstoff (N2) enthaltene Abgas der Gasturbine (7) für die Erzeugung des Synthesegases eingesetzt wird.

Description

Beschreibung
Anlage und Verfahren zur Herstellung von Ammoniak
Die Erfindung betrifft eine Anlage und ein Verfahren zur Erzeugung von Ammoniak, wobei in einem Ammoniak-Reaktor Ammoniak (NH3) aus einem Synthesegas hergestellt wird, wobei das Synthesegas Wasserstoff (H2) und Stickstoff (N2) umfasst.
Die Erzeugung von Ammoniak geht auf ein bekanntes Verfahren zurück, das in der Regel sehr viel Energie benötigt. Nach ersten Einschätzungen werden derzeit rund 1 % der weltweit erzeugten Energie für die Herstellung von Ammoniak benötigt.
Der aus erneuerbaren Energien erzeugte Ammoniak wird als grüner Ammoniak bezeichnet. Grünes Ammoniak wird als stark wachsender Energieträger für Wasserstoff angesehen. Darüber hinaus wird es in vielen industriellen Prozessen verwendet, vor allem in Düngemitteln. Es wird geschätzt, dass ca . 50% des grünen Wasserstoffs, der in den nächsten Jahren produziert wird, direkt zu flüssigem Ammoniak für den Ferntransport von Wasserstoff verarbeitet wird, da die Verflüssigung von reinem Wasserstoff sehr energieintensiv ist.
Der größte Energie- und Verdichtungsaufwand neben der Wasserstoff erzeugung durch Elektrolyse und der Stickstoff erzeugung durch Luf tzerlegungsanlagen ist die Synthesegasverdichtung, die das Stickstoff-Wasserstoff-Gemisch auf den für den Syntheseprozess erforderlichen Druck von 150-200 bar verdichtet und die Kältebox, die die Kälteenergie für die Verflüssigung und Abkühlung des Ammoniaks auf ca . -33°C bei Atmosphärendruck bereitstellt .
In der Regel ist eine Vorwärmeinheit zum Aufheizen des Synthesegases auf die Reaktionstemperatur erforderlich. Derzeit werden der für die Ammoniakherstellung benötigte Stickstoff und Wasserstoff üblicherweise in einem Synthesegasverdichter auf den erforderlichen Synthesedruck verdichtet. Der Ansaugdruck für diesen Verdichter wird in der Regel durch den Was serstoff druck bestimmt, der bei grünen Ammoniakanwendungen, bei denen die Elektrolyse vor Ort betrieben wird, auf den maximalen Ausgangsdruck eines Elektrolysesystems (max. 30-40 bar) begrenzt ist.
Die Wellenleistung für den Verdichter wird von einer Dampfturbine geliefert, während der benötigte Dampf durch die bei der Ammoniaksynthese freiwerdende Wärme erzeugt wird. Die Vorwärmung des Synthesegases muss entweder durch einen brenn- stoff- oder strombefeuerten Erhitzer oder durch Abwärmenutzung des Ammoniakprozesses erfolgen, wodurch sich die Menge des erzeugbaren Dampfes für die Dampfturbine verringert.
Die Verflüssigung erfolgt durch einen Kältemittelkreislauf.
Ammoniak wird weltweit in großen Mengen als Düngemittel für die Landwirtschaft hergestellt, wobei jedoch Erdgas oder andere fossile Brennstoffe verwendet werden, um sowohl den Wasserstoff als Ausgangsstoff als auch die Energie für den Syntheseprozess bereitzustellen. Infolgedessen verursacht die Ammoniakproduktion mit diesen Methoden fast 1,5 % der weltweiten C02-Emissionen .
Angesichts von eingegangenen Verpflichtungen zur Erreichung von Netto-Null-Emissionszielen werden neue kohlenstofffreie Brennstoffe wie grünes Ammoniak und grüner Wasserstoff benötigt, um die Energieerzeugung, die Wärmeversorgung, den Verkehr und die Industrie zu dekarbonisieren .
Es wird geschätzt, dass ca . 50 % des grünen Wasserstoffs, der in den nächsten Jahren produziert wird, in grünes Ammoniak umgewandelt wird. Ammoniak kann als praktischer Wasserstof f -Energieträger verwendet werden, und die bereits bestehende Industrie, die jedes Jahr Millionen von Tonnen Ammoniak produziert, lagert und handelt, bedeutet, dass die Infrastruktur und die Technologie bereits vorhanden sind, um die Wasserstoffwirtschaft in Gang zu bringen.
Der wichtigste Energie- und Verdichtungsaufwand neben der Wasserstof ferzeugung durch Elektrolyse und der Stickstof fer- zeugung durch Luf tzerlegungsanlagen ist die Synthesegasverdichtung, die das Stickstoff-Wasserstoff-Gemisch auf den für den Syntheseprozess erforderlichen Druck von 150-200 bar verdichtet, und die Cold Box, die die Kälteenergie für die Verflüssigung und Abkühlung des Ammoniaks auf ca . -33 °C bei Atmosphärendruck liefert.
Bei der konventionellen Ammoniakherstellung wird das Wasserstoffgas (H2) aus der Methandampf reformierung (SMR) gewonnen, der am weitesten verbreiteten Methode zur Erzeugung von Wasserstoff, und das Stickstof f gas (N2) wird entweder aus Luft oder aus einer Luf tzerlegungsanlage gewonnen.
N2 und H2 werden stöchiometrisch (1:3) gemischt und mit einem Syngas-Kompressor verdichtet und bei einem Druck von 150 bis 220 bar in einen Ammoniak-Synthesereaktor geleitet. Der Ammoniak-Synthesegasreaktor arbeitet bei einer Betriebstemperatur von ca . 500°C. Der Prozess ist exotherm, die große Wärmemenge von 46 kJ/mol Ammoniak wird freigesetzt und zur Dampferzeugung genutzt. Nach der Reaktion werden ca . 25% Ammoniak als Produkt gewonnen, der Rest wird über einen Kreislauf kompresser zurückgeführt. Das erzeugte Ammoniak wird dann durch kryogene Destillation verflüssigt.
Die Erfindung hat es sich zur Aufgabe gemacht, eine verbesserte Anlage und ein verbessertes Verfahren zur Herstellung von Ammoniak bereitzustellen, insbesondere im Hinblick auf den Einsatz der für die Herstellung des Ammoniaks benötigte Energie . Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Anlage gemäß Anspruch 1 und einem Verfahren gemäß Anspruch 11 .
Mit der Erfindung wird ein innovatives Konzept für eine umweltfreundliche Ammonia kanlage durch Integration eines Electroli zer mit erneuerbarer Energie vorgeschlagen .
Vorteilhafte Weiterbildungen werden in den Unteransprüchen angegeben .
Die Vorteile der erfindungsgemäßen Anlage und des erfindungs gemäßen Verfahrens sind :
- Ef fizientere , umweltf reundlichere und wirtschaftlichere Prozes se für grünen Was serstoff und grüne s Ammoniak
- Die Integration von mit H2 betriebenen GT-Abgasen ermöglicht die Erzeugung von N2 und grüner elektris cher / mechanischer Antriebsenergie sowie von Was ser für die Elektrolyse
- Geringerer Stromverbrauch durch den Pipeline-Transport von N2- H2-Gemis chen mit höherer Sicherheit , betrieblicher Flexibilität und längerer Lebensdauer der Pipeline im Vergleich zum Transport von magerem H2 über große Entfernungen
- Die Nut zung von unter Druck stehendem 02 zur Umwandlung in Strom erhöht die Gesamteffiz ienz und unterstüt zt den Betrieb der Anlage mit schwankender erneuerbarer Energie .
- Ef fizientere , umweltf reundlichere und wirtschaftlichere Prozes se für grünen Was serstoff und grüne s Ammoniak .
Die oben beschriebenen Eigenschaften , Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise , wie diese erreicht werden , werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Be schreibung der Aus führungsbeispiele , die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden .
Gleiche Bauteile oder Bauteile mit gleicher Funktion sind dabei mit gleichen Bezugs Zeichen gekennzeichnet . Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen beschrieben. Diese sollen die Ausführungsbeispiele nicht maßstäblich darstellen, vielmehr ist die Zeichnung, wo zur Erläuterung dienlich, in schematisierter und/oder leicht verzerrter Form ausgeführt. Im Hinblick auf Ergänzungen der in der Zeichnung unmittelbar erkennbaren Lehren wird auf den einschlägigen Stand der Technik verwiesen.
Es zeigen:
Figur 1 eine schematische Darstellung eine Anlage zur
Erzeugung von Ammoniak
Wie in Figur 1 dargestellt, nimmt der Electrolizer elektrische Energie aus erneuerbaren Energien, wie zum Beispiel der Windkraft oder der Photovoltaik auf und produziert H2 und O2 (ca. 8mal mehr als H2 nach Masse) . Diese Gase werden unter Druck (1 - 30 bar) erzeugt. Normalerweise wird O2 nicht verwendet, sondern abgeleitet.
Erfindungsgemäß wird das unter Druck stehende O2 mit dem Abgas einer Gasturbine in einem Abhitzekessel erhitzt und dann in einem Heißgasexpander expandiert, um mechanische oder elektrische Energie zu erzeugen. Diese Energie kann in einigen Versorgungs- oder Hilfseinrichtungen genutzt werden.
Für das Ammoniakverfahren werden N2 und H2 als Ausgangsstoffe benötigt, die stöchiometrisch im Verhältnis 1:3 gemischt werden. In einer herkömmlichen Anlage wird das N2 aus einer Luf tzerlegungsanlage oder aus der Luft zugeführt, während das H2 hauptsächlich aus der Methandampf reformierung stammt.
Erfindungsgemäß wird das N2 aus dem Abgas einer mit Wasserstoff betriebenen Gasturbine abgetrennt (mit Hilfe Absorber / PSA-Einheit) , so dass keine Luf tzerlegungsanlage erforderlich ist. Der Wasserdampf aus dem Gasturbinenabgas wird kondensiert und steht als Wassereinsatzmaterial für die Electroli- ze-Anlage zur Verfügung (bis zu 15 % des erforderlichen Wassereinsatzes) .
Das abgetrennte N2 aus dem GT-Abgas wird stöchiometrisch mit H2 aus der Elektrolyseanlage gemischt, um das benötigte Ammoniaksynthese-Synthesegasgemisch zu erzeugen.
Das Synthesegasgemisch (Molgewicht 8 g/mol) wird dann auf Pipelinedruck verdichtet und zum Standort der Ammoniakanlage mit dem Ammoniak-Reaktor 2 transportiert. Dieser Syngas- Transport benötigt weniger Energie als der reine H2-Transport und ermöglicht einen sicheren Pipelinebetrieb im Vergleich zum mageren H2-Transport .
Zur Unterstützung der Ammoniakproduktion (bei reduzierter Kapazität) wird ein Wasserstoff- und Sauerstof fpuf f er integriert, um reduzierten Wasserstoff für die Ammoniakanlage und den GT-Kraf tstof f sowie Sauerstoff für den Expander für Zeiten bereitzustellen, in denen keine erneuerbare Energie verfügbar ist. Die Kapazität des Puffers hängt von der Dauer der Zeit ohne nachhaltige Stromversorgung und der Mindestkapazität der Ammoniaksynthese ab.
Im Ammoniak-Reaktor 2 wird ein Synthesegas zugeführt. Das Synthesegas umfasst Wasserstoff (H2) und Stickstoff (N2) . Der Wasserstoff (H2) und Stickstoff (N2) reagieren im Ammoniak- Reaktor 2 gemäß der chemischen Reaktion
N2 + 3 H2 - 2 NH3 + 92 kJ/mol
Diese chemische Reaktion ist eine stark exotherme Reaktion, d.h. das im Ammoniak-Reaktor entstandene Ammoniak NH3 weist eine vergleichsweise hohe Temperatur auf, wobei diese hohe Temperatur erfindungsgemäß zum Vorwärmen des Stickstoffes N2 verwendet wird.
Auf eine ausführliche Darstellung des Ammoniak-Reaktors 2 wird an dieser Stelle verzichtet. Die Anlage 1 umfasst einen Electrolizer 3 auf, der mit Wasser 4 gespeist wird und mit Hilfe von erneuerbaren Energien 5 Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff trennt.
Der Sauerstoff wird einem ersten Pufferspeicher 6 zugeführt.
Der Wasserstoff wird zum Teil als Brennstoff für eine Gasturbine 7 zur Verfügung gestellt. Die Leitung des Wasserstoffes als Brennstoff für die Gasturbine 7 wird symbolisch mit dem Bezugszeichen 8 kenntlich gemacht.
Zum Betrieb der Gasturbine 7 wird neben Wasserstoff auch Luft 9 benötigt, wobei in der Regel Umgebungsluft verwendet wird.
Das heiße Abgas 10 aus der Gasturbine 7 wird einem Wärmetauscher 11 zugeführt. Im Wärmetauscher 11 wird der in dem Pufferspeicher 6 befindliche Sauerstoff zugeführt, wobei die Temperatur des Sauerstoffes durch das heiße Abgas 10 der Gasturbine 7 erwärmt wird.
Der erwärmte Sauerstoff wird über eine Leitung 12 einem Expander 13 zugeführt.
Im Expander 13 wird die thermische Energie des Sauerstoffs in mechanische Energie umgewandelt. Die mechanische Energie wird zum Antreiben eines elektrischen Generators 14 verwendet.
Das Abgas aus dem Expander 13 wird dann weiteren Komponenten zugeführt: zweiter Expander 15, Wärmetauscher 16.
Ein anderer Teil des Wasserstoffs aus dem Electrolizer 3 wird einem weiteren Pufferspeicher 17 zugeführt, wobei dieser Pufferspeicher 17 dazu dient Energie zur Verfügung zu stellen, wenn die Energie aus den erneuerbaren Energien nicht zur Verfügung steht.
Das nach dem Wärmetauscher 11 abgekühlte Abgas 10 aus der Gasturbine 7 wird einem weiteren Wärmetauscher 19 zugeführt und anschließend in eine Separationseinheit 20 geführt. In der Separationseinheit 20 wird das Abgas in Wasser 21 und Stickstoff 22 getrennt. Das Wasser 21 wird dem Electrolizer zugeführt .
Ein weiterer Teil des Wasserstoffs aus dem Electrolizer 3 wird einem Synthesegasverdichter 18 zugeführt. Dem Synthesegasverdichter 18 wird ebenso der Stickstoff 22 aus der Separationseinheit 20 zugeführt. Das somit entstanden Synthesegas wird im Synthesegasverdichter 18 verdichtet und zum Ammoniak- Reaktor 2 (zum Teil über eine größere Entfernung) in einer Leitung 24 transportiert.
Der für die Ammoniak-Herstellung benötigte Verdichter 23 wird über die Gasturbine 7 angetrieben.

Claims

Patentansprüche
1. Anlage (1) zur Herstellung von Ammoniak, umfassend einen Ammoniak-Reaktor (2) , der ausgebildet ist zur Erzeugung von Ammoniak (NH3) aus einem Synthesegas, wobei das Synthesegas Wasserstoff (H2) und Stickstoff (N2) umfasst, ferner umfassend einen Electrolizer (3) , der zum Erzeugen von Wasserstoff und Sauerstoff aus Wasser ausgebildet ist, wobei der Electrolizer (3) mit erneuerbaren Energien betrieben wird, ferner umfassend eine mit Wasserstoff betriebene Gasturbine ( 7 ) , dadurch gekennzeichnet, dass das Stickstoff (N2) enthaltene Abgas der Gasturbine (7) für die Erzeugung des Synthesegases eingesetzt wird.
2. Anlage (1) nach Anspruch 1, wobei der aus dem Electrolizer (3) erzeugte Wasserstoff (H2) mit dem aus dem Abgas der Gasturbine (7) erzeugt Stockstoff (N2) zur Erzeugung des Synthesegases gemischt wird .
3. Anlage (1) nach Anspruch 2, ferner umfassend einen ersten Verdichter (18) zum Verdichten des Synthesegases.
4. Anlage (1) nach Anspruch 3, mit einer Trennungseinheit (20) , die zum Trennen des Abgases aus der Gasturbine (7) in Stickstoff und Wasser ausgebildet ist, wobei der Stickstoff für das Synthesegas eingesetzt wird, wobei das Wasser dem Electrolizer (3) zugeführt wird.
5. Anlage (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einem ersten Pufferspeicher (6) für Sauerstoff, der aus dem Electrolizer (3) gewonnen wurde. Anlage (1) nach Anspruch 5, mit einem Wärmetauscher (11) , der derart ausgebildet ist, dass das heiße Abgas (10) aus der Gasturbine (7) den aus dem ersten Pufferspeicher (6) ausströmenden Sauerstoff erwärmt. Anlage (1) nach Anspruch 6, mit einem Expander (13) , der derart ausgebildet ist, dass die thermische Energie des Sauerstoffs aus dem ersten Pufferspeicher (6) in mechanische Energie umgewandelt wird. Anlage (1) nach Anspruch 7, mit einem Generator (15) , der zur Erzeugung von elektrischer Energie ausgebildet ist und von dem Expander (13) angetrieben wird. Anlage (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das in dem ersten Verdichter (18) verdichtete Synthesegas zum einem zweiten Synthesegasverdichter (23) geführt wird, wobei der zweite Synthesegasverdichter (23) mit der Gasturbine (7) angetrieben wird. Anlage (1) nach Anspruch 9, wobei das aus dem zweiten Synthesegasverdichter (23) strömende dem Ammoniak-Reaktor (2) zugeführt wird. Verfahren zur Herstellung von Ammoniak, wobei in einem Ammoniak-Reaktor (2) Ammoniak (NH3) aus einem Synthesegas, wobei das Synthesegas Wasserstoff (H2) und Stickstoff (N2) umfasst, erzeugt wird, wobei in einem Electrolizer (3) unter Verwendung von erneuerbaren Energien Wasserstoff und Sauerstoff erzeugt wird und der Wasserstoff zum Betreiben eine Gasturbine (7) verwendet wird, der einen Synthesegasverdichter (23) antreibt . Verfahren nach Anspruch 11, wobei ein Wärmetauscher (11) eingesetzt wird, der derart ausgebildet ist, dass das Abgas (10) aus der Gasturbine den aus dem Electrolizer (3) stammenden Sauerstoff erwärmt . Verfahren nach Anspruch 12, wobei ein Expander (13) verwendet wird, der mit dem erwärmten Sauerstoff aus dem Wärmetauscher (11) betrieben wird . Verfahren nach Anspruch 13, wobei ein Generator (15) eingesetzt wird, der mit dem Expander (13) betrieben wird, wobei der Generator (15) zur Erzeugung von elektrischer Energie ausgebildet ist. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Separationseinheit (20) verwendet wird, mit der das Abgas (10) aus der Gasturbine (7) in Wasserstoff und Wasser getrennt wird. Verfahren nach Anspruch 15, wobei das Wasser zum Electrolizer (3) geleitet wird.
PCT/EP2023/066869 2022-07-01 2023-06-21 Anlage und verfahren zur herstellung von ammoniak WO2024002837A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102022206740 2022-07-01
DE102022206740.1 2022-07-01

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2024002837A1 true WO2024002837A1 (de) 2024-01-04

Family

ID=87059774

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2023/066869 WO2024002837A1 (de) 2022-07-01 2023-06-21 Anlage und verfahren zur herstellung von ammoniak

Country Status (1)

Country Link
WO (1) WO2024002837A1 (de)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4107277A (en) * 1976-07-13 1978-08-15 Da Rosa Aldo Vieira Process for production of ammonia
US4238925A (en) * 1978-09-11 1980-12-16 Purification Sciences Inc. Gas turbine system with oxygen vapor-fuel system
CN106185984A (zh) * 2016-07-23 2016-12-07 陈志强 基于水蒸汽电解法联合生产氨与硝酸的系统
CN113389699A (zh) * 2020-03-11 2021-09-14 张建城 太阳能风能与氨氧燃气互补循环热发电装置
CN113860329A (zh) * 2021-10-29 2021-12-31 西安热工研究院有限公司 一种基于合成氨的化学储能系统及方法
WO2022128872A1 (en) * 2020-12-17 2022-06-23 Topsoe A/S Method for recovering of waste heat created in the production of green ammonia

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4107277A (en) * 1976-07-13 1978-08-15 Da Rosa Aldo Vieira Process for production of ammonia
US4238925A (en) * 1978-09-11 1980-12-16 Purification Sciences Inc. Gas turbine system with oxygen vapor-fuel system
CN106185984A (zh) * 2016-07-23 2016-12-07 陈志强 基于水蒸汽电解法联合生产氨与硝酸的系统
CN113389699A (zh) * 2020-03-11 2021-09-14 张建城 太阳能风能与氨氧燃气互补循环热发电装置
WO2022128872A1 (en) * 2020-12-17 2022-06-23 Topsoe A/S Method for recovering of waste heat created in the production of green ammonia
CN113860329A (zh) * 2021-10-29 2021-12-31 西安热工研究院有限公司 一种基于合成氨的化学储能系统及方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102014105237B3 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Speichern und Rückgewinnen von Energie
DE60216248T2 (de) Verfahren zur energiegewinnung mit integrierter lufttrennung
DE102012214907B4 (de) Dampfkraftanlage zur Erzeugung von elektrischer Energie nach dem Oxyfuel-Verfahren
WO1992007392A1 (de) Verfahren und anlage zur kombinierten erzeugung elektrischer und mechanischer energie
EP2342008B1 (de) Igcc-kraftwerk mit rauchgasrückführung und spülgas
DE102007050781A1 (de) Systeme und Verfahren zur Energieerzeugung mit Kohlendioxydabsonderung
WO2012028326A1 (de) Verfahren und energieträger-erzeugungsanlage zum kohlendioxid neutralen ausgleich von strommengenschwankungen in einem stromnetz als folge von erzeugungsspitzen und erzeugungstälem bei der erzeugung von elektrischer energie
WO1991011597A1 (de) Verfahren und anlage zur erzeugung mechanischer energie
EP2836575A1 (de) Speicherkraftwerk
DE102010013660A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Speicherung von Energie
DE102012105736A1 (de) Verfahren zur Speicherung von Elektroenergie
DE102007026570A1 (de) Verfahren zur Erzeugung von Strom und Wärme
WO2024002837A1 (de) Anlage und verfahren zur herstellung von ammoniak
WO2016206669A1 (de) Boudouardreaktion in verbindung mit wasserhydrolysierung zur herstellung von methan
DE102015213484A1 (de) Dekarbonisierung der Kohleverstromung durch zweimalige Verbrennung von Kohlenstoff
WO2024068198A1 (de) Anlage und verfahren zur erzeugung von ammoniak
EP2980371A1 (de) Verfahren zur energieumwandlung mit brennstoffregenerierung in einem cyclischen verfahren einer wärmekraftmaschine
LU103016B1 (de) Verfahren zur Herstellung von grünem Harnstoff
DE102022205453A1 (de) Anlage und Verfahren zur Erzeugung von Ammoniak
DE10053778A1 (de) Verfahren zum Erzeugen eines Wasserstoff (H2) und Kohlenmonoxid (CO)enthaltenden Syngases sowie Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens
EP3022277B1 (de) Verfahren zur nutzung von biomasse zur erzeugung von elektrischer energie und wärmebereitstellung durch pyrolyse; vergasung und verbrennung und zur umwandlung von wärmeenergie in elektrische energie
BE1030201B1 (de) Ammoniaksynthese und Harnstoffsynthese mit reduziertem CO2-Fußabdruck
WO2024068197A1 (de) Kombianlage und verfahren zum betreiben einer kombianlage
DE102022210053A1 (de) Anlage und Verfahren zur Erzeugung von grünem Harnstoff
DE102022210054A1 (de) Verfahren zur Herstellung von grünem Harnstoff

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 23734607

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1